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起泡剂作用及性能介绍一、起泡剂作用作用：降低界面表面张力，促使空气在矿浆中弥散，形成小气泡，并防止气泡兼并，增加分选界面，提高气泡的稳定性。二、浮选对起泡剂的要求及其分类2.1泡沫浮选在异极性表面活性物质存在的纯水，矿浆中充气形成细小和比较坚韧的气泡或泡沫，气泡上浮到水面形成具有一定稳定性的细小气泡聚集层，此层为泡沫层。其中两相泡沫是由气、液两相形成的泡沫。三相泡沫是由气、液、固三相形成的泡沫，或称矿化泡沫矿化气泡。2.2起泡剂简介能促使在介质中形成大量大小适宜和具有一定稳定性泡沫的物质。主要有醇、酚、酮、醛、醚、酯、酸等有机异极性表面活性物质。2.3对起泡剂的要求及其应具备的条件（1）起泡剂一般应是具有适宜结构的有机异极性表面活性物质，由两部分组成:一端为极性基,亲水;另一端为非极性基,亲气。起泡剂能在气一液界面上定向吸附和排列，起泡性能决定于极性基和非极性烃基的性质。a极性基：最好：-OH(羟基)、醚基,两类极性基是理想的极性基团水化作用强,无捕收作用,PH值影响小。其它，-COOH、-NH2（氨基）、-SO3H（磺酸基等）起泡能力强，亲固性强，PH值影响大。b非极性基：起泡剂是以整个分子发挥起泡作用的。理论上非极性基可由任何一种类型的烃基构成，但烃基长度、分子量、结构类型属性对起泡性能均有影响。c极性基：非极性基与起泡性能的关系（后一节讲述）。（2）在矿浆中要有适当的溶解度。1）溶解度大：在气液界面吸附少，甚至不具有起泡性能，起泡速度快，气泡脆，泡沫层结构疏松，用量大，H3COH、H3CH2COH。2）溶解度小：滞留矿浆表面，起泡速度慢，泡沫结构致密，气泡寿命长，浮选过程难以控制。3）适当溶解度：C4～C10脂肪醇，最理想C5～C8。4）对矿物无捕收作用。5）对矿浆PH值的变化及矿浆中其它组分有较强的适应性。6）用量少，无毒和不污染环境。2.4起泡剂的分类（1）根据药剂来源分类：A、天然产物提取：松油，樟脑油；B、煤焦工业副产品提取：甲醇，吡啶；C、人式合成，醇，醚，醇醚类。（2）根据分子结构特点分类：A、非离子性（醇、醚醇、醚类、酯类）；B、离子型（酚类、重吡啶、烃基磺酸（硫酸）盐、羧酸及其皂类、胺类）。三、起泡剂的作用及作用机理常用的起泡剂是异极性的表面活性物质，分子的一端是非极性的烃基，而另一端则是亲水性强的极性基，如图所示。起泡剂的稳定作用机理示意图在矿浆中起泡剂分子以一定的取向吸附于气液界面上，非极性基朝向空气（指向气泡内部）。极性基朝向水，并吸引着水分子（极性端被水化），所以起泡剂分子能够降低泡壁间水层流动速度和蒸发速度，这样就防止了泡壁的破裂。起泡剂分子在气泡表面定向排列后，当两个气泡接触碰撞时，中间垫着两层气泡剂分子及它们极性基的水化层，因此气泡难兼并，小气泡容易保存下来，而小气泡比大气泡更能经受外力的振动，其稳定性更强。3.1．降低气液界面的张力，改盖气泡的分散度。（1）δAW与起泡能力的关系在外界消耗功相同的情况下，δAW降低，空气流被分割易于形成气泡，生成更多的利于分选的气液界面。两者的关系如右图：起泡剂用量不宜过大,否则会降低起泡能力。起泡剂浓度、溶液的表面张力和起泡能力之间的关系如图4-2-7所示,由图可见,当起泡剂浓度开始增大时,溶液的表面张力降低比较明显,起泡能力显著增大。当起泡剂浓度达到饱和状态(B点)时,和纯水(A点)一样,溶液不能生成稳定的泡沫层因此,溶液的起泡能力不完全由表面张力降低的绝对值决定。（2）改善气泡的分散度在充气量一定V，气泡直径越小，气液分选界面面积越大，气泡在分选空间内分散度越高,对分选有利。对气泡尺寸的要求：根据分选对上浮力和升浮速度要求确定气泡尺寸,在清水中无起泡剂,生成气泡直径4～5mm，有起泡剂时气泡直径0.8～1mm。现代理论研究表明：微泡对浮选过程有强化作用。3.2．阻碍或减轻气泡的相互兼并。（1）气泡兼并（灭）的原因：A、脱水作用：重力作用：泡沫层中水下泄；蒸发作用：泡沫层表层水蒸发；张力作用：△Px=-2δ/R0在普兰台界边区：△Py=0B、毛细压力作用：相邻气泡直径不同毛细压力P不同。气泡向大泡浸透，而被大气泡所兼并。（2）作用机理A、表面活性剂在液面界面的定向排列，形成水化膜，阻碍水的流泄和蒸发，提高气泡寿命。B、电性作用：同种电性相斥，接近难。3.3、增大气泡的机械强度，提高气泡的稳定性。气泡变形情况示意图a-变形前b-变形后起泡剂可使气泡稳定的另一主要原因，是气泡剂使气泡表面具有弹性。当气泡受到振动或者外力作用时，气泡突然变形，由于气泡表面起泡剂分子的定向排列降低了表面张力，气泡受外力作用变形时，泡壁界面也增大，就引起气泡表面层起泡剂密度降低，气液界面的表面张力则显著增大，，一方面有利于约束气泡内气体分子向外冲出，另方面使气泡产生较大的收缩力，克服了使气泡发生破裂的外力。气泡为了保持最小面积,通常呈球形。起泡剂在气一液界面吸附后,定向排列在气泡的周围,见图4-2-6。气泡在外力作用下发生变形时,使气泡表面的起泡剂分子吸附密度发生变化。变形地区表面积增加,起泡剂密度降低,表面张力增大。但降低表面张力,是体系的自发趋势。因此,气一液界面存在有起泡剂,增强了抗变形的能力。如果变形力不大时,气泡将不致破裂,并能恢复原来的球形,增加了气泡的机械强度。总之，气泡在受到外力作用时,局部变形，表面积增大,变形区起泡剂浓度降低，张力增大,使气泡恢复原形。3.4降低气泡在矿浆中的升浮速度。（1）原因：A、升浮气泡的开形状无起泡剂时：椭圆形，鱼体形有起泡剂时：圆形B、水偶极子内聚吸引力作用；C、气泡直径小，升浮力和速度降低。（2）作用：A、增大气泡与矿粒碰撞机率；B、减少碰撞动能；C、减小矿化气泡振动，抖动，降低脱落几率。四、起泡剂的作用形成4.1．单纯起泡剂的作用起泡剂多数是杂极性表面活性剂,可以在气一液界面吸附浓集,降低气一液表面能,使气泡体系能量降低,促使空气分散,生成直径较小的气泡,并能在相界面上进行定向排列,以其极性端指向水,非极性端指向气。由于极性端和水分子发生作用,在气泡表面形成一层水化层,阻碍了气泡的兼并,同时还可增加气泡抗变形及破裂的能力。4.2起泡剂与捕收剂的共吸附作用捕收剂与起泡剂在气液界面有联合作用,这种现象称为共吸附。捕收剂与起泡剂不仅在气泡表面产生共吸附现象,而且也在矿物表面产生共吸附。矿粒与气泡碰撞时,起泡剂与捕收剂由于在界面上共吸附而产生互相穿插,使气泡与矿物固着稳定。五、泡沫层的稳定性1．两相泡沫层的不稳定性2．三相泡沫的稳定性（1）矿粒吸附在气泡上形成吸水的毛细管，降低泡末中水层流动速度。；（2）药剂作用，起泡剂与捕收剂的共吸附作用，增强气泡的机械强度；（3）矿粒吸附在泡壁，阻碍了气泡的互相兼并。3．二次富集作用六、起泡剂的组成与结构对起泡性能的影响6.1极性基对起泡性能的影响（1）影响溶解度，影响溶解度：主要取决于极性基性质和数量,极性基与水分子作用越强,其溶解度越大。几种常见极性基对水作用力的顺序为:-O--COOH-OH-SO3H-SO4H。因此,当非极性基相近时各类起泡剂溶解度按上面顺序逐渐增大。此外,极性基数目越多,溶解度越大。（2）影响解离度，各种醇类、醚类等非离子型起泡剂,在水中不能解离。羧酸类由于-COOH基中-C=O对-OH基有诱导效应和共扼效应,氢有一定程度的解离,使之具有酸性。酚解离呈酸性。离子型起泡剂在水中的解离度受溶液pH值的影响,故起泡能力也受pH值的影响。解离后使溶液呈酸性的起泡剂称酸性起泡剂。酸性起泡剂在碱性介质中解离度较高,使其表面活性降低,对起泡剂的使用不利。所以,酸性起泡剂一般应在酸性介质中使用为好;同理,碱性起泡剂应在碱性介质中使用较理想。非离子型起泡剂,如松油和醇类,虽然不解离,但分子中有羟基,可视作碱性物,一般在碱性介质中使用较好。（3）水化作用的影响，水化作用的影响：起泡剂分子或离子,在水中与水偶极作用,发生水化,在气泡表面形成一层水膜,使气泡不容易破裂,提高其稳定性。极性基水化能力较强的,气泡稳定性也较强。6.2非极性基对起泡性能的影响碳链长度：不同系列的表面活性物质，烃基每增加一个碳原子，表面活性可以增大3.14倍。表面活性越大，起泡能力越强。所以起泡剂非极性基越长,起泡能力就应越强。但非极性基过长，溶解度会显著降低，反而会使起泡能力下降。非极性基性质，结构性质，饱和程度，链的形式。七、起泡剂起泡性能的测定起泡剂性能的好坏，取决于起泡能力、泡沫的稳定性。此外,泡沫的大小,泡沫的比表面积(可用显微镜或透射光进行测量)以及泡沫的粘度、弹性、抗张强度也很重要,但一般很少测量。测定起泡剂水溶液的起泡性能，主要有四种基本方法：1.用手或机械法搅动起泡剂水溶液数分钟，然后测量泡沫层体积2.用旋转的搅拌器或者上下移动的多孔盘，在起泡剂水溶液中搅拌，然后测量泡沫体积。3.在带有砂芯细孔的玻璃管内,将空气、其他气体的小气泡鼓人被测试的水溶液中,然后测量泡沫体积。4.从一定高度将起泡剂水溶液滴下,对所产生的泡沫进行测量。上述方法的共同特点是在没有固体颗粒存在的条件下,在两相体系内测量泡沫的体积,一般来说,只适用于测试表面活性剂。起泡剂可分为三大类,天然类、工业副产品和人工合成品。1.天然起泡剂该类起泡剂是由林木直接蒸馏和加工后的产品。松油——是最早的天然起泡剂,主要成分为α–萜烯醇。2号油——亦称松醇油,是我国选矿厂应用最广泛的一种起泡剂占起泡剂总用量的95%以上。2号油以松节油为原料,经水合反应制得,为淡黄色油状液体,密度0.9~0.91g/cm3。主要成分为α-萜烯醇,含量40%~60%,高者可达80%,其余为萜烯类化合物。起泡性能较松油稍弱,泡沫稍脆,无捕收能力,组成和性质较稳定。2.工业副产品起泡剂杂醇仲辛醇杂醇油混合醇酯油充分利用工业上的各种副产品,寻找新的品种,并进行加工和调整作为起泡剂使用,这是浮选药剂的一个发展方向,具有很高的经济和社会意义。3.人工合成起泡剂该类起泡剂是人工合成专门生产用作起泡剂的化工产品。醚醇类起泡剂醚类起泡剂4号油（三乙氧基丁烷）甲基异丁基甲醇——亦称甲基戊醇,代号MIBC,我国未在工业上应用,只作为实验室浮选标准起泡剂。由于人工合成起泡剂有很多优点,现已开始逐步取代天然起泡剂,同时一些化工副产品起泡剂仍在选矿厂广泛应用。